基于频控阵的递推最小二乘波束形成算法

频控阵通过在阵元间加入远小于载频的频率增量,使波束的空间分布距离角度二维相关。基于频控阵基本结构,引入两种接收信号处理机制,并对其进行理论推导分析,仿真表明两种机制均能有效接收信号。针对指向误差存在,导向矢量失配导致主瓣发生偏移问题,采用递推最小二乘波束形成算法处理。仿真结果表明,存在指向误差时,该算法在两种机制中均能在目标位置形成主瓣,在干扰位置形成零陷,验证了算法在频控阵中应用的稳健性。     

基于频控阵的改进ESB波束形成算法

频控阵由于其波束方向图具有的距离-角度二维依赖特性而受到广泛关注, 理想情况下基于频控阵的自适应波束形成技术, 能够从距离维和角度维增强期望信号并抑制干扰, 但实际系统中较大的指向误差和采样协方差矩阵失配会造成算法性能严重下降。针对该问题, 提出一种改进的基于特征空间(eigenspace-based, ESB)自适应波束形成算法, 并将其应用在频控阵多输入多输出接收处理体制中, 仿真结果表明在5°的指向误差内, -20 dB信噪比, 及小快拍数的非理想条件下, 所提算法仍然能在目标位置附近形成高增益, 并在干扰位置形成零陷, 克服了传统ESB算法低信噪比条件下算法失效导致的波束方向图畸变问题, 具有更好的适用性。     

MIMO雷达波束方向图及其旁瓣抑制方法

给出了多输入多输出(multiple input multiple output, MIMO)雷达波束方向图的数学表达式,它为发射和接收方向图的乘积。假设接收阵元为半波长配置,通过分析发射阵元的间隔配置,得出如下结论：当发射阵元为一倍或Mr（接收阵元数目）倍半波长间距时,波束方向图将不会产生高旁瓣;当发射阵元的间距介于两者之间时,波束方向图将会因发射端的栅瓣效应而造成高旁瓣电平。针对后者引起的高副瓣情况,提出了利用接收波束合成算法来对消发射阵元的栅瓣,进而有效地抑制旁瓣。仿真实验验证了理论分析的有效性。     

基于频控阵MIMO雷达的低复杂度稳健波束形成算法

频控阵(frequency diverse array, FDA)多输入多输出(multiple input multiple output, MIMO)雷达基于发射端调制而具备的距离维自由度为主瓣干扰提供了抑制方案。结合自适应波束形成算法, 频控阵MIMO雷达能有效抑制主瓣范围内欺骗干扰信号, 但存在的信号环境复杂、导向矢量失配、采样快拍不足等问题将使算法性能恶化。针对该问题,提出了一种基于频控阵的低复杂度的稳健自适应波束形成算法。仿真实验表明, 相比于其他自适应波束形成算法, 所提算法在低信噪比(signal to noise ratio, SNR)低采样快拍且存在导向矢量失配等非理想条件下形成的波束稳健性更强、计算复杂度更低, 有效实现了对目标的指示和对干扰的抑制, 克服了其他算法在非理想条件下性能恶化的问题。     

阵元位置误差自校正的累量域辅助阵元法

阵元位置误差会严重影响多重信号分类(multiple signal classification, MUSIC)算法的测向性能,为此给出了一种阵元位置误差自校正的累量域辅助阵元法。首先构造了一种最大非冗余四阶累积量矩阵,并基于该矩阵实现了信源方位和阵元位置误差的联合估计,其中信源方位的估计需要一维搜索,而阵元位置误差的估计需要求解一个线性最小二乘问题。在一定假设条件下,对新算法的参数估计一致性做了理论分析。仿真实验表明：新算法可以减少对辅助阵元个数的要求,并且减弱了高斯色噪声对算法参数估计性能的影响。     

期望接收机和窃听接收机位置相邻物理层安全通信方案

针对期望接收机和窃听接收机位置相邻,即期望信道和窃听信道高度耦合的情况下安全无线通信问题,提出了基于频控阵的物理层安全通信方案。首先,考虑窃听接收机位置已知,通过自适应遗传算法得到发射阵元间最优时不变频率增量,最大化系统的保密容量;同时,在基带信号中添加人工噪声,降低窃听端的信噪比。其次,改进优化方案,实现窃听端未知情况下的安全通信。最后,进行仿真对比实验,验证了方案的安全性能。     

虚位技术对相控阵导引头探测性能的影响

为了研究相控阵导引头采用虚位技术后对导弹探测制导性能的影响,根据天线单元置相原理,分析了虚位条件下各天线单元的移相规律及波束指向误差产生的原因,建立了天线波束空间传播模型,根据向量空间关系推导了天线方向图数学模型,建立了子阵扫描条件下的子阵方向图表达式及综合因子方向图表达式,分析并说明了存在初始天线波束角情况下子阵扫描对量化副瓣的影响。仿真结果表明,虚位技术会带来波束指向误差,由于子阵扫描,子阵的零点位置与综合因子栅瓣位置基本重合,不会带来过大的量化副瓣电平。     

PFDA阵列点状波束形成及干扰抑制特性研究

频率分集阵列(frequency diverse array, FDA)通过波束指向自由度的增加,为雷达系统在空间、时间以及频率控制等方面的性能提升提供了可能。针对现有文献中较少研究的平面FDA(planar FDA, PFDA)展开分析。首先,分析了PFDA阵列的阵列结构及接收信号处理机制,推导了PFDA阵列的线性增量-时变频偏增量。之后,在采用非线性频控函数的同时,将PFDA阵列划分为基于单边子阵、对称子阵以及交叉子阵的阵列结构,从而将一维FDA阵列的方向图解耦技术扩展到二维面阵。此外,研究了基于PFDA阵列的稳健波束形成技术。最后,仿真验证了本文结论的正确性。     

空时编码阵波束域超分辨角度估计方法

空时编码阵(space time coding array,STCA)雷达通过在相邻阵元间引入时间延迟,在发射单一波形的条件下可实现全向空域的有效覆盖,工程上易于实现。针对STCA雷达体制,提出了一种基于发射维空间自由度的波束域超分辨角度估计方法。通过分析STCA多维模糊函数,设计了接收端的角度时间二维匹配滤波器,因而在接收端等效形成发射多波束,获得发射维空间自由度,进而设计相应的波束域搜索导向矢量,基于波束域多重信号分类 (multiple signal classification, MUSIC)算法实现了STCA等效发射端的超分辨角度估计。仿真结果验证所提方法的有效性。     

并联式恒模阵的共道信号接收算法与系统误差研究

并联式恒模阵由于利用了信号的恒模特性而且结构简单，被广泛应用于共道信号接收的研究中。但现有算法对信号波达角的信息要求较高，可能造成多个阵误收敛至同一信号，并且多为理想条件下的算法分析。针对这些问题，提出了一种基于初始假设的共道信号接收方法，并对误差条件下的系统性能进行仿真。仿真结果说明此方法无需对阵列进行校正，瞄准方向误差和阵元失效对并联式恒模阵的影响较小，而对阵元位置误差敏感性稍高。     

Beamforming analysis based on CSB sin-FDA

This paper studies the adaptive beamforming algorithm based on the frequency diverse array(FDA)array where the interference is located at the same angle(but different range)with the target.We take the cross subarray-based FDA with sinusoidal frequency offset(CSB sin-FDA)as the receiving array instead of the basic FDA.The sampling covariance matrix under insufficient snapshot can be corrected by the automatic diagonal loading method.On the basis of decomposing the mismatched steering vector error into a vertical component and a parallel one,this paper searches the vertical component of the error by the quadratic constraint method.The numerical simulation verifies that the beamformer based on the CSB sin-FDA can effectively hold the mainlobe at the target position when the snapshot is insufficient or the steering vector is mismatched.     

基于MVDR波束形成的FDA平台外干扰抑制

针对频控阵(frequency diverse array, FDA)在对与目标位置相近的平台外干扰进行抑制时, 传统FDA与非线性频偏结合不能实现距离-角度去耦合、对数递增FDA主瓣展宽较大和汉明窗加权FDA距离维旁瓣过高的问题, 在充分研究汉明窗加权的线性FDA(Hamming linear FDA, HL-FDA)方案的基础上, 对4种频偏方案的性能进行了分析, 提出采用FDA多输入多输出结构代替传统的一维均匀线性FDA结构, 通过结合最小方差无失真响应(minimum variance distortion free respinse, MVDR)准则, 将HL-FDA应用到MVDR自适应波束形成层面, 对平台外干扰进行抑制。仿真验证了HL-FDA在结合MVDR自适应波束形成算法后能有效地对抗距离-角度二维平台外干扰。     

米波MIMO雷达波束空间精确最大似然算法

针对阵元空间多输入多输出(multiple input multiple output, MIMO)雷达低仰角估计方法运算量和数据传输量太大的问题, 提出了基于波束空间的MIMO雷达精确最大似然(refined maximum likelihood, RML)算法。该算法将阵元空间的数据转换到波束空间, 实现降维处理, 再利用最大似然的思想对波束空间的数据进行测角。计算机仿真结果表明, 相比于基于阵元空间的MIMO雷达RML算法, 所提算法有着良好的测角性能, 并大大降低了算法运算时间。同时, 通过计算机仿真分析了信噪比、仰角、波束指向与目标仰角之间的偏差、阵元数、反射系数误差和天线中心高度等因素对所提算法测角性能的影响。     

滤波器幅度误差对频域宽带波束形成的影响

阵列系统中,各个阵元的滤波器的幅度误差会对宽带波束形成造成影响.以频域宽带波束形成算法和滤波器幅度误差模型为基础,推导得到了存在滤波器幅度误差时频域宽带波束形成算法中自相关矩阵的表迭式.通过对自相关矩阵的分析指出:滤波器幅度误差会引起自相关矩阵的秩增加,在做自适应干扰抑制时需要考虑更多的空间自由度.此外,误差的存在还会造成波柬形成的性能下降.还给出了误差和性能损失之间的关系,为宽带相控阵系统中通道滤波器的设计提供了参考.     

幅度相位误差条件下的互质阵列DOA估计方法

针对基于互质阵列的欠定波达方向(direction of arrival, DOA)估计方法在阵元幅相误差条件下性能急剧下降的问题, 提出一种基于校正阵元的互质阵列DOA估计方法。首先, 将阵列接收数据分解为两个子阵数据, 基于校正阵元对子阵分别进行幅相误差估计, 并将子阵幅相误差排序重组。然后, 对接收数据协方差矩阵进行误差补偿并扩展为高维的Toeplitz矩阵。最后, 基于矩阵填充理论对高维协方差矩阵进行空洞填充, 结合求根多重信号分类(root multiple signal classification, root-MUSIC)算法进行DOA估计。理论分析和仿真结果表明, 该方法可以实现互质阵列的幅相误差估计, 并通过误差补偿有效恢复幅相误差条件下的互质阵列DOA估计性能, 提高估计精度。     

基于频控阵的多普勒波束锐化高度表设计

多普勒波束锐化(Doppler beam sharpening, DBS)是飞行器实施地形跟随或地形回避的重要技术。针对飞行器高度表在DBS工作模式的射频隐身需求, 利用频率分集阵列(frequency diversity array, FDA)研究了基于射频隐身的DBS高度表。首先通过研究FDA的辐射方向图特性, 分析了FDA的频率增量依赖特性及其距离周期性对DBS模式的影响。以此为基础, 给出了对于DBS高度表的约束条件, 包括了FDA阵元间频率增量、脉冲重复频率、脉宽等, 同时建立了FDA-DBS高度表的射频隐身模型。仿真表明, 相对于相控阵和多输入多输出等阵列, 基于FDA的DBS高度表具有优秀的射频隐身性能。     

波束折射模型在天线罩补偿中的应用

导引头天线罩的流线型结构对天线阵列造成了能量损失、角度检测误差等电磁性能方面的影响, 给制导性能带来严重损失。本文利用电磁波折射理论建立了波束指向偏移模型, 通过数学公式推导验证了该模型的合理性, 为角度检测误差补偿提供了理论基础。波束偏移理论和相控阵天线阵列测角原理的结合定位了阵列在有天线罩时检测角所对应的最大波束指向角度, 提升了相对于无天线罩时检测角误差的准确性。实验数据表明，所提方法所得到的误差角度补偿表将阵列角度检测误差从1°降低到可接受的0.1°以下的误差范围, 验证了该方法的创新性和先进性。